JP6748269B2

JP6748269B2 - 熱源ユニット

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Publication number: JP6748269B2
Application number: JP2019139010A
Authority: JP
Inventors: 憲二郎松本; 成浩岡田; 英樹丹野; 孝光石黒
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2019-07-29
Publication date: 2020-08-26
Anticipated expiration: 2030-07-27
Also published as: US20120125033A1; EP2461111A1; JP5760049B2; EP3270068A1; KR101381447B1; JP6567745B2; JP2024028507A; KR20120031227A; JPWO2011013672A1; US9127867B2; EP2461111A4; CN105650947A; CN102472536A; KR101397217B1; JP2019178866A; JP2020180780A; JP2015187538A; KR20130100223A; JP7247148B2; EP2461111B1

Description

本発明は、マルチ式空気調和装置、ヒートポンプ給湯装置、あるいは冷凍装置等を構成する熱源ユニットに関する。

マルチ式空気調和装置、ヒートポンプ給湯装置、あるいは冷凍装置等には、熱交換ユニットが組み込まれている。これらは、一般的には、熱源ユニットと呼ばれているものであるので、以下、「熱源ユニット」と呼ぶ。

この熱源ユニットは、熱交換室と、機械室と、熱交換室内に配置される空気熱交換器及び、この空気熱交換器に空気を送風する送風機と、上記機械室に収容される冷凍サイクル構成部品で構成される。上記空気熱交換器は１台のユニットに対して２台備えられ、互いに略Ｖ字状に対向して配置されるのが特徴の１つとしている。

機械室は、略逆Ｖ字状に形成されることも特徴の１つであり、ここに収容される冷凍サイクル構成部品として、圧縮機、四方弁、上記空気熱交換器、膨張弁及び、水熱交換器を備えている。そして、複数台の熱源ユニットを各側面が隣接するように併設して、１つの装置をなしている。

この種の熱源ユニットにおいて、一般的には、１台のユニットに対して複数台の圧縮機が並列に並べられ、１つの冷凍サイクルが構成されている。

なお、各種の熱交換ユニットが知られている。（例えば、特許文献１，２参照）

特開２００７−１６３０１７号公報特開２００５−１９５３２４号公報

ところで、圧縮機の内底部には潤滑油を集溜する油溜り部が設けられ、回転軸の回転にともなって油溜り部の潤滑油が吸上げられ、圧縮機構部を構成する各摺動部に給油される。給油後の潤滑油のほとんど大部分は再び油溜り部に戻るが、一部は圧縮された冷媒ガスに混合して吐出され、冷凍サイクルを循環したあと再び圧縮機の油溜り部に戻る。

従来のように、１つの冷凍サイクルに対して複数台の圧縮機を並列に接続すると、圧縮機相互に微妙な圧力差が生じ、圧力の低い圧縮機に潤滑油が溜る傾向にある。この状態が顕著になると、１つの圧縮機に潤滑油が集中して溜り、他の圧縮機にはほとんど存在しなくなる。その結果、圧縮機構部が焼損事故を起すこともあり得る。

そのため、並列に接続される圧縮機の相互間に均油管を設けるとともに、付属の回路構成をなし、かつ圧縮機の冷媒吸込み管に抵抗体を設けて、強制的に圧力損失が生じるよう構成する。このことで、互いの圧縮機内に収容される潤滑油が互いに同レベルになり、１つの圧縮機に潤滑油が集中して溜ることを防止できる。

しかしながら、圧縮機に対して強制的に圧力損失を生じるよう構成することは、その圧縮機自体の圧縮性能の低下につながるので、圧縮性能のランクを上げた圧縮機に変えなければならない。そして、確実に均油しているかを確認するためのシステムが必要となり、コストに影響を与えている。

さらに、冬季の暖房運転時において、空気熱交換器に水分が凍結して着霜することがあり、除霜運転を行う必要がある。具体的には、暖房サイクルを冷房サイクルに切換え、空気熱交換器で冷媒を凝縮させ、その凝縮熱で霜を溶融させる。このとき、いずれかの圧縮機が故障していれば、他方の圧縮機は運転できず、除霜運転ができない。

本発明は上記事情にもとづきなされたものであり、その目的とするところは、複数系統の冷凍サイクルを備えたうえで、圧縮機相互の均油機構を不要化し、均油による性能の低下を防止するとともに、圧縮機が故障した際のユニット全停止のリスクを低減させて、信頼性の向上を図れる熱源ユニットを提供しようとするものである。

この発明の実施の形態によれば、
圧縮機と、膨張弁と、空気熱交換器と、これらを接続する冷媒管とを備え、それぞれ独立した冷媒回路を備えている第１、第２、第３、第４の冷凍サイクルと、
第１及び第２の冷媒流路及び第１の共通水流路を有し、前記第１及び第２の冷媒流路が夫々前記第１の冷凍サイクルの冷媒管及び第２の冷凍サイクルの冷媒管に接続されている第１の水熱交換器と、
第３及び第４の冷媒流路及び第２の共通水流路を有し、第３及び第４の冷媒流路が夫々前記第３の冷凍サイクルの冷媒管及び第４の冷凍サイクルの冷媒管に接続されている第２の水熱交換器と、
前記第１の水熱交換器の前記第１の共通水流路と前記第２の水熱交換器の前記第２の共通水流路とを直列に連通する水配管と、
前記第１ないし第４の冷凍サイクル毎に、前記空気熱交換器毎に対応して配置される送風機を備え、
前記第１ないし第４の冷凍サイクルの夫々に用いられる電動の冷凍サイクル構成部品と前記送風機の運転をそれぞれ制御する制御用電気部品を備え、
前記第１ないし第４の冷凍サイクルの空気熱交換器は、平面視にてＵ字状に形成されて列状に配置されており、
前記電気部品は、各前記第１ないし第４の冷凍サイクルを独立して運転させることが可能であることを特徴とする熱源ユニットが提供される。

本発明における一実施の形態に係る熱源ユニットを示す斜視図。同熱源ユニットの一部を省略して示す平面図。同熱源ユニットを構成する熱交換器モジュールを示す斜視図。同熱交換器モジュールを構成する空気熱交換器を示す一部斜視図。同熱源ユニットを構成する水熱交換器の冷媒流路と水流路を説明する説明図。同熱源ユニットの冷凍サイクル構成図。同熱源ユニット配置構造の一例を示す斜視図。同熱源ユニット配置構造の他の例を示す斜視図。

図１は、組立てられ完成した熱源ユニットＹの一部を省略した斜視図、図２は、一部を取外した状態の熱源ユニットＹの平面図である。

この熱源ユニットＹは、例えば冷水もしくは温水を得て、これら冷水もしくは温水で空気を間接的に冷却する冷房作用もしくは暖める暖房作用をなすのに用いられるものであり、また、ヒートポンプ給湯装置、マルチ式空気調和装置、冷凍装置としての用途が可能である。

上記熱源ユニットＹは、高さ方向の略上半分に熱交換部１が設けられ、略下半分に機械室２が設けられてなる。

上記熱交換部１は、複数（ここでは４組）の熱交換器モジュールＭと、同数の送風機Ｓから構成される。上記熱交換器モジュールＭは、一対（２個）の空気熱交換器３，３が互いに対向して配置されてなり、かつ複数の熱交換器モジュールＭは長手方向に沿って互いに間隙を存して配置される。

熱交換器モジュールＭの上端部に天板４が設けられ、この天板４の熱交換器モジュールＭ相互間に対向する位置に上記送風機Ｓが取付けられる。なお説明すると、天板４から上方に円筒状の吹出し口５が突設され、この吹出し口５の突出端面をファンガード６が覆っている。

上記送風機Ｓは、吹出し口５内に収容され、軸芯がファンガード６と対向して取付けられるプロペラファンと、このプロペラファンを回転軸に取付けたファンモータとからなる。

一対の空気熱交換器３，３を備えた上記熱交換器モジュールＭは、正面視で縦長の矩形状をなし、上述したように互いに間隙を存して並列に配置される。そして、各空気熱交換器３，３相互は、上端部である天板４側が広く、下端部である機械室２側が狭く近接し、側面視が互いに略Ｖ字状になるよう傾斜している。

上記熱交換部１の下部には、上部枠Ｆａと、下部枠Ｆｂ及び、これら上部枠Ｆａと下部枠Ｆｂを連結する縦枠Ｆｃとで構成されるフレーム体Ｆが設けられる。フレーム体Ｆの外面に側板及び端板が取付けられていて、これらで囲まれる空間内部を上記機械室２と言う。

上部枠Ｆａと下部枠Ｆｂは、それぞれ平面視で横長の矩形状をなすよう組立てられる。互いの横方向である長手方向寸法は同一に形成されるが、この横方向と直交する方向である奥行き方向寸法は、上部枠Ｆａが短く、下部枠Ｆｂがこれより長い。

すなわち、上部枠Ｆａの奥行き方向寸法は、熱交換部１を構成する熱交換器モジュールＭの奥行き方向寸法に合せて短い。したがって、この上部枠Ｆａと下部枠Ｆｂを連結する縦枠Ｆｃは、上部から下部に向けて奥行き方向寸法が順次拡大するように傾斜して設けられることになり、フレーム体Ｆは側面視で略逆Ｖ字状に形成される。

このように、上部側の熱交換部１が上端から下方に向けて奥行き方向が漸次縮小するよう傾斜して側面視で略Ｖ字状をなし、この熱交換器部の下部に設けられる機械室２が上端から下方に向けて奥行き方向が漸次拡大するよう側面視で略逆Ｖ字状をなすので、熱源ユニットＹとしての側面視は、中央部分が括れた略鼓（つづみ）状に形成される。

上部枠Ｆａに上部ドレンパン７が設けられ、上部枠Ｆａの内部空間が上部ドレンパン７で埋められる。当然ながら、上部ドレンパン７下面は補強材に載って、上部ドレンパン７の補強が施されている。この上部ドレンパン７上に、各熱交換器モジュールＭをなす一対の空気熱交換器３，３の下端部が載置される。

上部ドレンパン７と熱交換器モジュールＭは、互いに奥行き方向寸法が同一に設定されるが、上部ドレンパン７の横方向寸法は、複数の熱交換器モジュールＭが互いに所定の間隔を存した寸法と同一となるように設定されている。

下部枠Ｆｂには、上記送風機Ｓや、電動の冷凍サイクル構成部品を制御する制御用電気部品を収容する電装品箱８と、下部ドレンパン９が取付けられる。さらに、少なくとも上記空気熱交換器３，３を除く冷凍サイクル構成部品Ｋが上記機械室２内に収容されることになる。

上記電装品箱８は、機械室２の長手方向一側端に取付けられているので、熱源ユニットＹの端部をユニット配置場所の通路に対向して配置するとよい。すなわち、メンテナンス作業時に作業者が通路から奥に入ることなく、通路上の位置を保持したままで端板ｂを取外せば直ちに電装品箱８が現れ、作業性の向上を図れる。

下部ドレンパン９は、電装品箱８を除く下部枠Ｆｂの奥行き方向の略中央部で、横方向全長に亘って設けられる。上部ドレンパン７の仕切られた部位それぞれにドレンホースが接続されていて、その下端部は下部ドレンパン９に対して開口される。また、下部ドレンパン９にもドレンホースが接続され、排水部にまで延出される。

後述する暖房運転時に、空気熱交換器３は空気と熱交換し、空気中に含まれる水分を凝縮させてドレン水となす。はじめドレン水は水滴状をなし表面に付着するが、次第に肥大化し流下する。各上部ドレンパン７に溜められたドレン水はドレンホースを介して下部ドレンパン９に集められ、さらに外部へ排水されるようになっている。

電装品箱８に近接して、第１のレシーバ１０ａと第２のレシーバ１０ｂが並置される。上記第２のレシーバ１０ｂに近接して第２の水熱交換器１１が配置され、さらに第３のレシーバ１０ｃと第４のレシーバ１０ｄが並置される。上記第４のレシーバ１０ｄに近接して第１の水熱交換器１２が配置され、機械室２端部に水ポンプ１３が配置される。

第２の水熱交換器１１上部と第１の水熱交換器１２下部とに亘って、第１の水配管Ｐ１が接続され、第２の水熱交換器１１下部に電装品箱８とは反対側の端部に延出する水配管Ｐ２が接続され、第１の水熱交換器１２上部と水ポンプ１３とに亘って水配管Ｐ３が接続される。

上記第２の水熱交換器１１の下部に接続される第２の水配管Ｐ２は導出管として、空調すべき場所まで延出される。水ポンプ１３には第３の水配管Ｐ３とは反対側の部位に導入管が接続されていて、これは空調すべき場所からの戻り管として用いられる。

機械室２の他側部には、以上述べた第１〜第４のレシーバ１０ａ〜１０ｄと、第１、第２の水熱交換器１２，１１とで隠された位置に、複数の圧縮機と、四方切換え弁及びアキュームレータ等の冷凍サイクル構成部品Ｋが配置され、それぞれが空気熱交換器３，３とともに後述する冷凍サイクルを構成するよう冷媒管を介して接続される。

ここでは、一対の空気熱交換器３，３からなる熱交換器モジュールＭが４組備えられて熱交換部１が構成され、機械室２には少なくとも上記空気熱交換器３，３を除いた冷凍サイクル構成部品Ｋが複数（４組）配置される。しかも、それぞれの冷凍サイクル構成部品Ｋは、後述するように、複数（４組）の独立した冷凍サイクル構成がなされている。

図３は、単体の熱交換器モジュールＭの斜視図である。

図に示す熱交換器モジュールＭを４台並べ、天板４相互と上部ドレンパン７を密接した状態で、先に図１及び図２に示す熱交換部１が構成されることになる。ただし、熱交換器モジュールＭ自体は互いに若干の隙間を介して並置される。

上記熱交換器モジュールＭを構成する一対の空気熱交換器３，３において、単体の空気熱交換器３は、正面視で略矩形状をなす平板部３ａと、この平板部３ａの左右両側部に沿って折り曲げられる折曲げ片部３ｂからなる。

この空気熱交換器３を一対用意し、互いの折曲げ片部３ｂを対向させ、側面視で略Ｖ字状となるよう傾斜している。したがって、対向する空気熱交換器３，３の、対向する折曲げ片部３ｂ，３ｂ相互間には略Ｖ字状の空間部が形成されるが、この空間部は略Ｖ字状にカットされた板体である遮蔽板１５によって閉成される。

上記遮蔽板１５は、１組の熱交換器モジュールＭにおける左右両側部に設けられている。したがって、図２に示すように、４組の熱交換器モジュールＭが並列に配置されると、隣接する熱交換器モジュールＭにおいて遮蔽板１５が互いに近接して設けられることになる。

図４は、一方の空気熱交換器３を上部ドレンパン７に載置した状態の斜視図である。空気熱交換器３は、横方向に短く、縦方向に極端に長い略短冊状のフィンＦを立てた状態にして、互いに狭小の間隙を存して並べ、ここに熱交換パイプＰを貫通させてなる。熱交換パイプＰはフィンＦの横方向に間隙を存して３列並べられ、フィンＦの縦方向に蛇行するよう設けられる。

実際には、熱交換パイプＰは略Ｕ字状に折曲げられたＵパイプであり、フィンＦには取付け用孔が設けられている。所定枚数並べられたフィンＦの一側端からＵパイプの開口端部が挿入し他側端から突出させると、フィンＦの一側端からＵ字状に折り曲げられた部分が突出する。

そして、互いに隣接するＵパイプの開口端相互をＵベンドで連結することによって、蛇行した冷媒流路が形成される。複数ターンの冷媒流路ごとに集合管に連通し、最終的に１本にまとめられた冷媒流路となる。

図４に二点鎖線で示すように、折り曲げる前の平板状の空気熱交換器３は、従来、フィンに４列の熱交換パイプを設けた平板状の空気熱交換器の熱交換面積と同一である。３列の熱交換パイプＰを備えた本実施形態の空気熱交換器３が、４列の熱交換パイプを備えた従来の空気熱交換器と対応するためには、本来、パイプ列方向寸法が狭まった分、長手方向寸法を長くしなければならない。

しかしながら、平板状の空気熱交換器３の両側部を、互いに同一方向に折り曲げて、両側部に沿って折曲げ片部３ｂを形成し、折曲げ片部３ｂ相互間は平板部３ａとして残り、平面視で略Ｕ字状に形成することにより、本実施形態の空気熱交換器３の熱交換面積が４列の熱交換パイプを備えた従来の空気熱交換器と同一として、熱源ユニットＹの長手方向寸法を短縮でき、据付けスペースの低減化を図ったうえで、熱交換効率の向上を得ることができる。

熱交換器モジュールＭを構成する空気熱交換器３が上部ドレンパン７に対して傾いて載置される。そして、空気熱交換器３の平板部３ａ上端と下端に亘って固定枠１６が掛け渡される。固定枠１６の上端は鉤状（略コ字状）に折曲されて、平板部３ａの内面上部と上端面及び外面上部に亘って掛止される。

固定枠１６の下端部は、上部ドレンパン７に対して空気熱交換器３を取付け固定しているが、上述したように空気熱交換器３を傾けるために、空気熱交換器３の下端面とドレンパン７とに隙間が生じてしまう。そこで、これら隙間に部材が設けられ、隙間を埋めることで空気熱交換器３の熱交換効率に影響が出ないよう配慮されている。

ここでは図示していないが、一対の空気熱交換器３，３を、固定枠１６を用いて側面視で略Ｖ字状になるよう固定したあと、固定枠１６相互間に連結部材が架設され、空気熱交換器３の傾斜角度が保持される。上記連結部材の一端部は天板４に連結固定され、熱交換器モジュールＭが確実に取付け固定されることになる。

図５は、第１の水熱交換器１２と、第２の水熱交換器１１の内部構成を概略的に示す図である。いずれの水熱交換器１２，１１も同一構成であるので、ここでは第１の水熱交換器１２として説明する。また、図５は、冷房作用をなすために冷水を得る場合について説明する。

第１の水熱交換器１２を構成する器体３０の一側面には水導入口３１と水導出口３２が互いに離間した端部に設けられていて、それぞれには上記水配管が接続される。第１の水熱交換器１２と第２の水熱交換器１１の水導入口３１と水導出口３２に接続される水配管そのものは、後述するように互いに異なる。

器体３０内において、水導入口３１と水導出口３２とに連通する水流路３３が設けられる。この水流路３３は、水導入口３１に接続する水案内流路３３ａと、水導出口３２に設けられる水案内流路３３ｂが、互いに平行に設けられ、かつ互いに水導入口３１と水導出口３２が設けられる端部とは反対側の端部近傍まで延出され、閉止される。

平行に設けられる水案内流路３３ａ，３３ｂの相互間には、複数条の水分流路３３ｃが、互いに所定間隔を存して平行に設けられ、これらで上記器体３０内に設けられる水流路３３が構成されることになる。

したがって、水導入口３１から導入される水は、器体３０内の水流路３３を構成する案内水流路３３ａに導かれてから複数条の水分流路３３ｃに一斉に分流され、しかる後、他方の水案内流路３３ｂに集流し、水導出口３２から導出案内されるようになっている。

さらに、第１の水熱交換器１２を構成する器体３０の、水導入口３１と水導出口３２が設けられる側面とは反対側の側面で、水導出口３２と対向して、第１の冷媒導入口３５と、第２の冷媒導入口３６とが互いに隣接した位置に設けられる。

同じ側面で水導入口３１と対向して第１の冷媒導出口３７と、第２の冷媒導出口３８が互いに隣接した位置に設けられる。これら第１、第２の冷媒導入口３５，３６と、第１、第２の冷媒導出口３７，３８には、後述するようにして、冷媒管が接続される。

器体３０内において、第１の冷媒導入口３５と第１の冷媒導出口３７とに連通する第１の冷媒流路４０が設けられるとともに、第２の冷媒導入口３６と第２の冷媒導出口３８とに連通する第２の冷媒流路４１が設けられる。

第１の冷媒流路４０は、第１の冷媒導入口３５に接続する冷媒案内流路４０ａと、第１の冷媒導出口３７に設けられる冷媒案内流路４０ｂが、互いに平行に設けられ、かつ互いに第１の冷媒導入口３５と第１の冷媒導出口３７が設けられる端部とは反対側の端部近傍まで延出され、閉止される。

第２の冷媒流路４１は、第２の冷媒導入口３６に接続する冷媒案内流路４１ａと、第２の冷媒導出口３８に設けられる冷媒案内流路４１ｂが、互いに平行に設けられ、かつ互いに第２の冷媒導入口３６と第２の冷媒導出口３８が設けられる端部とは反対側の端部近傍まで延出され、閉止される。

それぞれの冷媒流路４０，４１において、それぞれ平行に設けられる冷媒案内流路４０ａ，４０ｂ，４１ａ，４１ｂの相互間には、複数条の冷媒分流路４０ｃ，４１ｃが、互いに所定間隔を存して平行に設けられ、これらで上記器体３０内に設けられる第１の冷媒流路４０と、第２の冷媒流路４１が構成されることになる。

なお説明すると、上記水流路３３の水分流路３３ｃとともに、第１の冷媒流路４０の冷媒分流路４０ｃと、第２の冷媒流路４１の冷媒分流路４１ｃは、互いに所定間隔を存して平行に設けられる。しかも、ここでは上記水分流路３３ｃを挟んで、第１の冷媒流路４０の冷媒分流路４０ｃと、第２の冷媒流路４１の冷媒分流路４０ｃが交互に設けられる。

このようにして、平行な複数条の水分流路３３ｃに対して、第１の冷媒分流路４０ｃと第２の冷媒分流路４１ｃが交互に、かつ互いに仕切りを挟んで設けられることになる。第１の水熱交換器１２を構成する器体３０と、各流路を仕切る仕切りの素材は、熱伝導性に優れたものが用いられ、器体３０内を導かれる水と冷媒は効率良く熱交換できる。

特に説明しないが、第２の水熱交換器１１においても全く同様の構造をなす。なお、暖房作用をなすために温水を得る場合は、それぞれの冷媒流路４０，４１において冷媒の流れる方向が図５に図示した方向とは逆になる。

図６は、４系統の冷凍サイクルＲ１〜Ｒ４を備えた熱源ユニットＹにおける冷凍サイクル構成図である。

一部を除いて各系統とも同一構成の冷凍サイクルであるので、ここでは第１の冷凍サイクルＲ１のみを説明し、第２〜第４の冷凍サイクルＲ２〜Ｒ４については同番号を付して新たな説明を省略する。

圧縮機１７の吐出側冷媒管に四方切換え弁１８の第１のポートが接続され、この四方切換え弁１８の第２のポートに接続される冷媒管は分岐して一対の空気熱交換器３，３に連通される。それぞれの空気熱交換器３，３を構成する熱交換パイプは集合管にまとめられ、膨張弁１９が設けられる分岐した冷媒管に連通する。

この冷媒管も１本にまとめられ、第１のレシーバ１０ａを介して第１の水熱交換器１２に設けられる第１の冷媒流路４０に連通する。第１の冷媒流路４０は、四方切換え弁１８の第３のポートに冷媒管を介して連通し、第４のポートはアキュームレータ２０を介して圧縮機１７の吸込み部に連通する冷媒管が接続される。

このようにして第１の冷凍サイクルＲ１が構成される一方で、空調すべき場所から戻り管が接続される水ポンプ１３は第３の水配管Ｐ３を介して第１の水熱交換器１２の水導入口３１に接続される。

したがって、水ポンプ１３は第１の水熱交換器１２の水流路３３に連通し、この水導出口３２から第１の水配管Ｐ１を介して第２の水熱交換器１１に連通される。第２の水熱交換器１１では、第１の水配管Ｐ１が水導入口３１に接続され、水流路３３に連通してから、水導出口３２に接続される第２の水配管Ｐ２を介して空調すべき場所に導かれる。

第２の冷凍サイクルＲ２も全く同様に構成されているが、第２のレシーバ１０ｂと四方切換え弁１８を連通する冷媒管が、第１の水熱交換器１２における第２の冷媒流路４１に接続される。

上述したように、第１の水熱交換器１２には、１つの水流路３３の両側に第１の冷媒流路４０と第２の冷媒流路４１が交互に設けられていて、１つの水熱交換器１２を２系統である第１の冷凍サイクルＲ１と第２の冷凍サイクルＲ２で共有する。

第２の水熱交換器１１も同様に、１つの水流路３３の両側に第３のレシーバ１０ｃに連通する第１の冷媒流路４０と、第４のレシーバ１０ｄに連通する第２の冷媒流路４１が交互に設けられていて、１つの水熱交換器１１を２系統である第３の冷凍サイクルＲ３と第４の冷凍サイクルＲ４で共有する。

図１で説明したように、機械室２には第１の水熱交換器１２と、第２の水熱交換器１１が備えられ、４系統の冷凍サイクル構成部品が収容されているところから、それぞれの水熱交換器１２，１１が２系統ずつの冷凍サイクルを共有し、かつ水ポンプ１３と水配管Ｐ１〜Ｐ３は、第１の水熱交換器１２と第２の水熱交換器１１を直列に連通する。

このようにして構成される熱源ユニットＹにおいて、冷房作用をなすために冷水を得るには、以下に述べるようになる。

例えば第１ないし第４の冷凍サイクルＲ１〜Ｒ４の、それぞれの圧縮機１７を一斉に駆動して冷媒を圧縮させると、高温高圧化した冷媒ガスが吐出される。冷媒ガスは四方切換え弁１８から一対の空気熱交換器３に導かれ、送風機Ｓの駆動により送風される空気と熱交換する。冷媒ガスは凝縮液化し、膨張弁１９に導かれて断熱膨張する。

そのあと合流してそれぞれのレシーバ１０ａ〜１０ｄに一旦溜まったあと、第１の水熱交換器１２における第１の冷媒流路４０と第２の冷媒流路４１に導かれ、水流路３３に導かれた水と熱交換する。冷媒流路４０，４１の冷媒は蒸発して水流路３３の水から蒸発潜熱を奪う。水流路３３の水は冷却され冷水に換る。

第１の水熱交換器１２では、第１、第２の冷凍サイクルＲ１，Ｒ２のそれぞれと連通する第１、第２の冷媒流路４０，４１を備えるので効率良く冷水化する。水ポンプ１３から送られる水が、例えば１２℃であるとき、第１の水熱交換器１２において２系統の冷凍サイクルにおける冷媒流路４０，４１に導かれる冷媒によって２．５℃冷却され、９．５℃に温度低下する。

そして、温度低下した冷水が第１の水配管Ｐ１を介して第２の水熱交換器１１に導かれ、ここでも第３、第４の冷凍サイクルＲ３，Ｒ４と連通する第１、第２の冷媒流路４０，４１と熱交換する。したがって、第２の水熱交換器１１では９，５℃で導入された水が、さらに２．５℃冷却されて７℃に温度低下した冷水となる。第２の水熱交換器１１から導出される冷水は、導出管である第２の水配管Ｐ２を介して空調すべき場所に導かれ、室内ファンにより導かれる空気に冷熱を放出して冷房作用をなす。

また、各水熱交換器１２，１１で蒸発した冷媒は四方切換え弁１８を介してアキュームレータ２０に導かれ気液分離された後、圧縮機１７に吸込まれて再び圧縮され上述の冷凍サイクルを繰り返す。

このように、第１の水熱交換器１２と第２の水熱交換器１１の水流路３３、３３を直列に接続することにより、冷水が２段階で温度低下するので、より有効な冷房性能を得られる。

水熱交換器１２，１１は、それぞれ２系統ずつの冷凍サイクルと連通することで、それぞれの冷凍サイクルに１台ずつ圧縮機１７を搭載することが可能となる。したがって、全ての冷凍サイクルが独立し、冷媒回路内を循環する潤滑油の圧縮機１７内の均油を行う必要が無くなり、均油による性能の低下を防ぐことができる。

なお説明すると、従来、複数の圧縮機を並列に接続し、他の冷凍サイクル構成部品を１系統にして構成部品の共有を図った熱源ユニットにおいては、部品点数の低減化が得られる。しかしながら、圧縮機相互を連通する均油管を設けなければならないとともに、関連するシステムを備える必要があり、部品費低減効果が相殺されてしまう。

そして、均油による圧縮機の性能低下があり、これを補充するためにより高性能な圧縮機を備えなければならず、結果として大幅なコストダウンは到底無理となっている。さらに、一方の圧縮機が故障等で停止すれば、他の圧縮機も停止せざるを得ず、冷凍サイクル運転の停止になって信頼性の低下を招く。

これに対して本実施の形態の構成では、複数系統の冷凍サイクルを備えた熱源ユニットである。水熱交換器のみ複数系統の冷凍サイクルで共有するが、それ以外の冷凍サイクル構成部品は系統毎に備える必要があり、部品点数は多くなるが、複数系統の冷凍サイクルはそれぞれ独立して構成したことを特徴としているから、圧縮機１７相互を連通する均油管とそれに係るシステムを備える必要はなく、均油による圧縮性能の低下もない。

また、圧縮機が故障した際においても、冷凍サイクルが系統毎に独立しているために、故障した系統の圧縮機のみを停止して修理することが可能である。したがって、故障時のユニット全体を停止するリスクを低減させ、信頼性の向上を得られる。

すなわち、本実施の形態では４系統である第１〜第４の冷凍サイクルＲ１〜Ｒ４は全て独立して構成されているので、たとえ１系統の冷凍サイクルにおいて運転を停止しても、他の３系統の冷凍サイクルではそのまま運転を継続できる。したがって、運転停止の影響を最小限に抑えられ、信頼性の確保を図れる。

暖房作用をなすために温水を得るには、以下に述べるようになる。

各冷凍サイクルの圧縮機１７を一斉に駆動して冷媒を圧縮させ、高温高圧化した冷媒ガスが吐出される。冷媒ガスは、四方切換え弁１８から第１の水熱交換器１２における第１の冷媒流路４０に導かれ、水ポンプ１３から水流路３３に導かれる水と熱交換する。

第１の水熱交換器１２で冷媒ガスは凝縮液化し、放出する凝縮熱で水流路３３の水が加熱される。ここでも２系統の冷凍サイクルと連通する第１の冷媒流路４０及び第２の冷媒流路４１が第１の水熱交換器１２に備えられるので、効率良く温水化する。そして、第１の水熱交換器１２と第２の水熱交換器１１が直列に連通しているので、温水は２段階に亘って温度上昇して暖房性能の向上を得る。

第１の水熱交換器１２から導出される液冷媒は、第１のレシーバ１０ａと膨張弁１９に導かれ、断熱膨張したあと空気熱交換器３，３に導かれて蒸発する。蒸発した冷媒は、四方切換え弁１８とアキュームレータ２０を介して圧縮機１７に吸込まれ、再び圧縮されて上述の冷凍サイクルを繰り返す。他の冷凍サイクルにおいても同様の経路に循環する。

なお、温水を得る暖房運転中は、熱交換器モジュールＭを構成する一対の空気熱交換器３，３で冷媒が蒸発し、空気中の水分を凝縮させてドレン水が付着する。外気温が極く低温であると、付着したドレン水が凍結し霜となって付着し易い。この着霜をセンサーが感知し、電装品箱８内の制御部品に信号を送る。

制御部品は、センサーが着霜を感知した空気熱交換器３，３を備えた冷凍サイクルを、暖房運転から冷房運転に切換える指示を出す。センサーが着霜を感知しない空気熱交換器３，３を備えた冷凍サイクルは、そのまま暖房運転を継続する。

冷房運転に切換った冷凍サイクルにおいては、四方切換え弁１８が切換り、冷媒が圧縮機１７から四方切換え弁１８を介して空気熱交換器３，３に導かれ、凝縮して液冷媒に変る。冷媒の凝縮変化にともなって凝縮熱を放出し、ここに付着していた霜が溶融する。

各熱交換器モジュールＭの両側部に遮蔽板１５，１５を備えたので、互いに対向する空気熱交換器３，３間から空気が抜けることがないとともに、隣接する熱交換器モジュールＭからの空気の侵入を阻止する。したがって、除霜運転中の空気熱交換器３，３と、暖房運転を継続する空気熱交換器３，３が互いに熱影響を及ぼすことがない。

４組の冷凍サイクルが全て暖房作用をなしている場合は、水ポンプ１３から第１の水熱交換器１２に戻ってきた温水の温度が例えば４０℃であっても、第１、第２の水熱交換器１２，１１で加熱されて温度上昇する。すなわち、第２の水熱交換器１１から供出される状態での温水は４５℃となる。

４組ある冷凍サイクルのうち、１組の冷凍サイクルの空気熱交換器３，３に対する除霜運転のため、暖房運転を冷房運転に切換えたとする。この冷凍サイクルでは、例えば第１の水熱交換器１２における第１の冷媒流路４０において冷媒が蒸発し、水流路３３に導かれる温水を冷却する。しかしながら、第１の水熱交換器１２における第２の冷媒流路４１は、暖房運転を継続する第２の冷凍サイクルＲ２に連通していて、冷媒が凝縮し凝縮熱を水流路Ｗの温水に放出している。

したがって、第１の水熱交換器１２から導出された状態での温水の温度低下は極く小範囲に保持される。結局、１組の冷凍サイクルだけの除霜運転切換えであるならば、第２の水熱交換器１１から供出される温水の温度低下が約１．５℃と僅かですみ、４３．５℃となる。つまり、２組以上の冷凍サイクルで同時に着霜を感知した場合、１組の冷凍サイクルずつ除霜運転に切替えることが好ましい。

これに対して従来の熱交換ユニットは、一対の空気熱交換器３が略Ｖ字状に立設されているとしても、冷凍サイクルを分割することの考えはなく、あくまで１つの冷凍サイクルとして構成される。

そして、除霜運転をなすには、全体的に暖房運転から冷房運転に切換えなければならない。除霜運転中は水熱交換器における水流路を加熱することができず、冷却作用ばかりとなる。したがって、水ポンプ１３から同じ温度で送られた温水が、水熱交換器から導出された状態で大幅に温度低下した状態となり、本実施の形態の構成が断然有利である。

また、本実施の形態では、複数枚のフィンＦを互いに所定間隔を存して並べ、これらフィンＦに熱交換パイプＰを貫通してなる空気熱交換器３である。そして、平板部３ａの両側部に沿って同一方向に折曲げた折曲げ片部３ｂを備えて、平面視で略Ｕ字状に形成される。

したがって、熱交換される空気は空気熱交換器３の平板部３ａを流通するばかりでなく、折曲げ片部３ｂにも流通する。すなわち、空気熱交換器３の正面部とともに両側部にも空気が流通して熱交換するので、熱交換効率の向上を得られる。

空気熱交換器３を構成するフィンＦに対して熱交換パイプＰの列数を少なくしても、特に空気熱交換器３の縦横寸法を拡大することなく、熱交換面積は従来の空気熱交換器３と同等でよい。

そして、上述の空気熱交換器３を一対（２個）用意し、互いの折曲げ片部３ｂを対向させ、それぞれの空気熱交換器３，３の下端部を互いに近接し、かつ上端部は互いに離間するよう傾斜させた。一対の空気熱交換器３，３で、側面視で略Ｖ字状に立設される熱交換器モジュールＭを構成した。

従来の平板状の熱交換器を側面視で略Ｖ字状に立設した装置と比較して、奥行き方向はほとんど変らないが、横方向は本実施形態の空気熱交換器３が両側部に折曲げ片部３ｂを備えた分、短くてすむ。

そして、従来の単純に１枚の平板状をなす空気熱交換器と比較して、同等の熱交換面積を確保しながら熱交換効率の向上を図れるとともに、熱源ユニットＹとしての据付けスペースの縮小化が得られる。

上記熱交換器モジュールＭと、送風機Ｓと、上部ドレンパン７と、一対の空気熱交換器３，３以外の冷凍サイクル構成部品Ｋを収容する機械室２を具備した熱源ユニットＹであり、上記熱交換器モジュールＭを空気熱交換器３，３の対面方向とは直交する方向に複数台、並列に配置した。

当然ながら、隣設される熱交換器モジュールＭ相互の間隔は、必要最小限度は確保されていて、この間隔に空気が円滑に導かれる。したがって、列方向の左右に配置される空気熱交換器３の左右の折曲げ片部３ｂ，３ｂに空気が円滑に流通し、上述したように折曲げ片部３ｂを備えたことによる熱交換効率の向上を得られる。

平面視でＵ字状に形成される空気熱交換器３を備えたので、熱交換器モジュールＭ自体の空気熱交換器３の対面方向とは直交する方向の寸法が短くてすむ。この種の熱交換器モジュールＭを複数台備えるので、熱交換器モジュールＭの数が多くなるほど熱源ユニットＹの据付けスペースの縮小化に対する影響が大となる。

さらに、一対の空気熱交換器３，３の対向する折曲げ片部３ｂ，３ｂ相互に、折曲げ片部３ｂ，３ｂ相互の空間部を閉成する遮蔽板１５を設け、１組の熱交換器モジュールＭと冷凍サイクル構成部品Ｋで１系統の独立した冷凍サイクルを構成して、複数系統の冷凍サイクルを備えた熱源ユニットＹである。

除霜運転を行う冷凍サイクルを対象として運転切換えをなし、他の冷凍サイクルは運転切換えの必要がないため、除霜運転中においても供給される温水の温度低下を最小限に抑えることができる。また、遮蔽板１５を備えたので、隣接する熱交換器モジュールＭからの熱影響を受けることがない。

図７は、大規模建築物に備えるに最適な、複数の熱源ユニットで装置を構成する一例を示している。すなわち、先に図１で説明した４基の熱交換器モジュールＭを直結した熱源ユニットＹを３列、並列に設けてなる。

それぞれの熱源ユニットＹにおける天板４相互を密接すると、機械室２相互間にある程度の隙間が存在するよう設計されている。ただし、機械室２の周囲はパネルＮで覆い、異物の侵入を防止できる。

このように、一対の空気熱交換器３，３を互いに所定間隔を存して設置し、かつ隣接する一対の空気熱交換器３，３からの熱交換空気の侵入を阻止する遮蔽板１５を備えたから、熱源ユニットＹの配置が自由になる。

さらに、それぞれの熱源ユニットＹにおいて、水ポンプ１３を備えているので、別途水ポンプを設置する設置スペースを確保する必要がなく、熱源ユニットＹの配置が自由になる。

熱源ユニットＹの側面視が略鼓状となるので、隣接する熱源ユニットＹ相互間に充分な空間部が確保され、自由に空気が通って、空気熱交換器３，３との熱交換効率確保に何らの支障も無い。また、上記空間部は作業者が歩いてメンテナンス作業をなすための通路としても用いることができ、作業性の向上を図れる。

このような熱源ユニットＹにおいても、それぞれの熱交換器モジュールＭに対応して冷凍サイクルが独立しているから、圧縮機１７が故障したらその系統のみを停止して修理が可能となり、全停止のリスクを低減させることができる。

図８は、さらに異なる大規模建築物に備えるのに最適な、複数の熱源ユニットＹで装置を構成する一例を示している。すなわち、先に図１で説明した４基の熱交換器モジュールＭを直結した熱源ユニットＹを３列直列に並べて構成している。

大規模建築物によっては、先に図７で説明したような正しく矩形状の据付けスペースを確保するのが困難な場合があり、代って、例えば壁、もしくは境界スペースに沿った細長い据付けスペースしかない場合もある。

このような据付けスペースにも対応して、複数の熱源ユニットＹを配置することができる。

メンテナンス時は作業者が熱源ユニットＹに沿って移動することで、目的の部位に容易に到達できる。したがって、圧縮機１７の故障修理などの作業が迅速に開始できて作業性の向上を図れる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

本発明によれば、複数系統の冷凍サイクルを備えたうえで、圧縮機相互の均油機構を不要化し、均油による性能の低下を防止するとともに、圧縮機が故障した際のユニット全停止のリスクを低減させて、信頼性の向上を図れる等の効果を奏する。

Claims

圧縮機と、膨張弁と、空気熱交換器と、これらを接続する冷媒管とを備え、それぞれ独立した冷媒回路を備えている第１、第２、第３、第４の冷凍サイクルと、
第１及び第２の冷媒流路及び第１の共通水流路を有し、前記第１及び第２の冷媒流路が夫々前記第１の冷凍サイクルの冷媒管及び第２の冷凍サイクルの冷媒管に接続されている第１の水熱交換器と、
第３及び第４の冷媒流路及び第２の共通水流路を有し、第３及び第４の冷媒流路が夫々前記第３の冷凍サイクルの冷媒管及び第４の冷凍サイクルの冷媒管に接続されている第２の水熱交換器と、
前記第１の水熱交換器の前記第１の共通水流路と前記第２の水熱交換器の前記第２の共通水流路とを直列に連通する水配管と、
前記第１ないし第４の冷凍サイクル毎に、前記空気熱交換器毎に対応して配置される送風機を備え、
前記第１ないし第４の冷凍サイクルの夫々に用いられる電動の冷凍サイクル構成部品と前記送風機の運転をそれぞれ制御する制御用電気部品を備え、
前記第１ないし第４の冷凍サイクルの空気熱交換器は、平面視にてU字状に形成されて列状に配置されており、
前記電気部品は、各前記第１ないし第４の冷凍サイクルを独立して運転させることが可能であることを特徴とする熱源ユニット。
前記制御用電気部品は、前記第１ないし第４の冷凍サイクルのいずれかが故障した場合に、故障した１系統の前記冷凍サイクルを停止し、その他の３系統の冷凍サイクルの運転を継続することを特徴とする請求項１に記載の熱源ユニット。
前記第１ないし第４の冷凍サイクルに設けられた前記空気熱交換器は、互いに所定間隔を存して列状に設置され、かつ互いに隣接する前記空気熱交換器からの熱交換空気の侵入を阻止する遮蔽板を備えたことを特徴とする請求項２に記載の熱源ユニット。